RU1772708C

RU1772708C - Method of manufacturing sorption-type electric gas humidity sensor

Info

Publication number: RU1772708C
Application number: SU894716298A
Authority: RU
Inventors: Валерий Николаевич Коваленко; Николай Иванович Бондаренко
Original assignee: Институт технической теплофизики АН УССР
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1992-10-30

Abstract

Использование: приборостроение, технологи изготовлени сорбционных электрических датчиков влажности газов. Сущность изобретени : между диэлектрической подложкой и влагочувствительным полимерным веществом нанос т слой из реагентов с эпоксидными группами дл улучшени адгезионных свойств влагочувствительного вещества, а электроды устанавливают поверх влагочув ствительного вещества. 1 ил.Usage: instrument making, manufacturing techniques of sorption electrical gas humidity sensors. SUMMARY OF THE INVENTION: A layer of reagents with epoxy groups is applied between the dielectric substrate and the moisture-sensitive polymer material to improve the adhesive properties of the moisture-sensitive substance, and the electrodes are placed on top of the moisture-sensitive substance. 1 ill.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к влагометрии газов, и может быть применено в различных отрасл х промышленности и научных исследовани х , в том числе вметеорологии, медицине, горной теплофизике, в сельском хоз йстве и т.п.The invention relates to measuring equipment, namely, gas moisture measurement, and can be applied in various industries and scientific research, including meteorology, medicine, mining thermal physics, agriculture, and the like.

Известен датчик сорбционного типа, основанный на применении гигроскопического тела, свойства которого измен ютс в функции количества поглощенной влаги. Способ изготовлени такого датчика состоит в том, что на подложку с электродами нанос т раствор органического влагочувствительного вещества с последующей сушкой.A sorption type sensor is known based on the use of a hygroscopic body, the properties of which vary as a function of the amount of moisture absorbed. A method of manufacturing such a sensor consists in applying a solution of an organic moisture-sensitive substance to a substrate with electrodes, followed by drying.

Способу изготовлени таких датчиков присуща недостаточно высока стабильность и повтор емость характеристик датчика , измен ющихс при эксплуатации и хранении. При этом погрешность измерений может составить до 25% в год. Так как формирование гигроскопичной пленки происходит при вращении подложки, т.е. в силовом поле, направленном по касательнойThe method of manufacturing such sensors is not inherently high in stability and repeatability of sensor characteristics that change during operation and storage. Moreover, the measurement error can be up to 25% per year. Since the formation of the hygroscopic film occurs during rotation of the substrate, i.e. in a tangential force field

к ее поверхности, то при этом ухудшаетс адгезионное сцепление пленки влагочувствительного вещества с поверхностью подложки и электродов, что отрицательно сказываетс на механических и, как следствие этого, электрических свойствах датчиков . Таким образом, использование данного способа не позвол ет добитьс высокого качества его изготовлени .to its surface, the adhesion of the film of the moisture-sensitive substance to the surface of the substrate and electrodes is deteriorated, which negatively affects the mechanical and, as a consequence, the electrical properties of the sensors. Thus, the use of this method does not allow to achieve high quality of its manufacture.

Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс способ изготовлени сорбционного электрического датчика влажности газов, заключающийс в нанесении на подложку раствора органического влагочувствительного вещества диспергированием его в поле коренного разр да, нахождении после сушки зависимости межэлектродного сопротивлени от влажности и в случае отклонени крутизны полученной характеристики от заданной.до- ведении ее до необходимого значени путем изменени напр жени коронного разр да и (или) в зкости диспергируемого раствора.The closest technical solution to the invention is a method for manufacturing a sorption electric gas humidity sensor, which consists in applying an organic moisture-sensitive substance to a substrate by dispersing it in a primary discharge field, finding the dependence of the interelectrode resistance on humidity after drying, and if the slope deviates from the set characteristic . bringing it to the desired value by varying the voltage of the corona discharge and / or the viscosity of the dispersant Washable solution.

(Л(L

СWITH

ю XI о yu xi o

0000

Недостаточна надежность известного способа изготовлени сорбционного электрического датчика заключаетс в том, что адгезионное сцепление влагочувствитель- ной пленки с поверхностью подложки и электродов будет недостаточно механически прочным и стабильным в течение времени эксплуатации датчика.The lack of reliability of the known method for manufacturing a sorption electric sensor lies in the fact that the adhesion of the moisture-sensitive film to the surface of the substrate and electrodes is not mechanically strong and stable during the life of the sensor.

Это обусловлено тем, что в процессе изготовлени датчика температура его подложки , электродов, раствора влагочувстои- тельного вещества и окружающего воздуха (с непосто нным значением относительной влажности) будут отличатьс друг от друга, что в совокупности с различием теплопроводности электродов и подложки в процессе эксплуатации приводит к отслаиванию пленки в местах перехода электроды-под- ложка.This is due to the fact that during the manufacture of the sensor, the temperature of its substrate, electrodes, a solution of a moisture-sensitive substance and ambient air (with a variable relative humidity) will differ from each other, which, together with the difference in thermal conductivity of the electrodes and the substrate during operation, peeling of the film at the junction between the electrodes and the substrate.

Целью изобретени вл етс повышение стабильности и повтор емости характеристик изготавливаемых датчиков за счет улучшени адгезионных свойств пленки с подложкой и электрического контакта пленки с электродами.The aim of the invention is to increase the stability and repeatability of the characteristics of the manufactured sensors by improving the adhesive properties of the film with the substrate and the electrical contact of the film with the electrodes.

Сущность изобретени заключаетс в том, что перед формированием влагочувстви- тельного вещества из органических растворов диспергированием в поле коронного разр да, на диэлектрическую подложку из полиамидной пленки нанос т слой из реагента с эпоксидными смолами дл улучшени адгезионных свойств влагочувствительного вещества к подложке, а металлические электроды устанавливают поверх сформированного сло из влагочувствительного вещества.The essence of the invention lies in the fact that prior to the formation of a moisture-sensitive substance from organic solutions by dispersion in a corona discharge field, a layer of a reagent with epoxy resins is applied to the dielectric substrate from a polyamide film to improve the adhesive properties of the moisture-sensitive substance to the substrate, and metal electrodes are installed on top of the formed layer of a moisture-sensitive substance.

На чертеже представлено схематическое изображение конструкции сорбционного электрического датчика влажности газов, изготовленного по предлагаемому способу. Датчик состоит из диэлектрической подложки 1 из- полиамидной пленки, нанесенного сло 2 из реагента с эпоксидными группами с устройством углублени под электроды, сформированного в поле коренного разр да сло 3 из влагочувствительного вещества: металлических проволочных электродов 4, установленных в углублении.The drawing shows a schematic illustration of the design of the sorption electric gas humidity sensor manufactured by the proposed method. The sensor consists of a dielectric substrate 1 of a polyamide film, a layer 2 of a reagent with epoxy groups deposited with a recess for electrodes formed in the primary field of a layer 3 of a moisture-sensitive substance: metal wire electrodes 4 installed in the recess.

Способ изготовлени сорбционного электрического датчика влажности газов реализуетс следующим образом. На поверхность пластины (на фигуре не показана) толщиной 1,2 мкм, с помощью прижимных скоб закрепл ют подложку из полиамидной пленки толщиной 80 мкм. На поверхность полиамидной пленки нанос т слой реагента с эпоксидными группами, водопоглощение которого в течение длительного времени остаетс меньше 0,05%. Толщина сло составл ет 80-100 мкм. Поверхность кле щего подсло после сушки скрайбируют на половину его толщины специальными резцами с трапецеидальной головкой. После проведени этих операций на поверхность кле щего подсло , наход щегос при температуре 80-100°С, нанос т влагочувствительное вещество в поле коронного разр да с последу- ющим охлаждением структуры доA method of manufacturing a sorption electric gas humidity sensor is implemented as follows. On the surface of the plate (not shown in the figure) 1.2 microns thick, using a clamping bracket, a substrate of 80 microns thick polyamide film is fixed. A reagent layer with epoxy groups is applied to the surface of the polyamide film, the water absorption of which for a long time remains less than 0.05%. The thickness of the layer is 80-100 microns. After drying, the surface of the adhesive sublayer is scribed to half its thickness with special incisors with a trapezoidal head. After carrying out these operations, a moisture-sensitive substance is applied to the surface of the adhesive sublayer at a temperature of 80-100 ° C in the corona discharge field, followed by cooling of the structure to

температуры 5-15°С. Поверх образовавшейс пленки из влагочувствительного вещества устанавливают электроды из палладиево-серебр ного сплава, диаметр электродов 100 мкм, зазор между электродами - 600 мкм. Затем осуществл ют тарировку датчика и определ ют характеристики его сопротивлени R от относительной влажности воздуха, т.е. R %) t при фиксированных температурах. Описанные операции повтор ютс до тех пор, пока не получают требуемые параметры характеристики R %)lt и физико-механические свойства , определ ющие стабильность электрофизических параметров изготавливаемого датчика и его метрологию.temperature 5-15 ° С. Electrodes made of a palladium-silver alloy are installed on top of the formed film of a moisture-sensitive substance, the diameter of the electrodes is 100 microns, the gap between the electrodes is 600 microns. The sensor is then calibrated and the characteristics of its resistance R versus relative humidity, i.e. R%) t at fixed temperatures. The described operations are repeated until they obtain the required parameters of the characteristic R%) lt and physical and mechanical properties that determine the stability of the electrophysical parameters of the manufactured sensor and its metrology.

При использовании предлагаемого способа изготовлени сорбционных датчиков влажности по сравнению с известным повышаетс стабильность характеристик датчиков за счет улучшени адгезионных свойств пленки В В с подложкой и электрического контакта пленки с электродами, что позвол ет уменьшить погрешность измерени влажности в 2-3 раза.When using the proposed method for manufacturing sorption humidity sensors, the stability of the sensor characteristics is improved in comparison with the known one due to the improvement of the adhesive properties of the BB film with the substrate and the electrical contact of the film with electrodes, which makes it possible to reduce the measurement error of moisture by 2–3 times.

Кроме того, в парти х из 30 штук датчиков , изготовленных согласно предлагаемому способу, зона разброса выходного информативного параметра соответствует не более 2% относительной влажности, а уIn addition, in batches of 30 pieces of sensors manufactured according to the proposed method, the dispersion zone of the output informative parameter corresponds to no more than 2% relative humidity, and

датчиков, изготовленных по известному способу - зона разброса 7-8%. Датчики, изготовленные по предлагаемому способу, в течение б мес цев их эксплуатации при разных температурно-влажностных услови х сохран ли стабильность характеристики R f(p).sensors made by a known method - the spread area of 7-8%. The sensors manufactured by the proposed method, during the months of their operation under different temperature and humidity conditions, maintained the stability of the characteristic R f (p).

Предлагаемое изобретение позвол ет улучшить характеристики датчиков. Такие датчики найдут широкое применение в технологических процессах и научных исследовани х благодар тому, что обеспечивают измерение влажности в широком диапазоне , имеют малую себестоимость и просты в эксплуатации.The present invention improves the performance of sensors. Such sensors will be widely used in technological processes and scientific research due to the fact that they provide humidity measurement over a wide range, have a low cost and are easy to operate.

Claims

The claims

A method of manufacturing a sorption electric gas humidity sensor, which consists in sequentially applying electrodes and a layer of a solution of an organic moisture-sensitive substance onto a dielectric substrate by dispersing it in a primary discharge field between a high-voltage and a grounded electrodes and then drying it, characterized in that, in order to increase stability and repeatability of the characteristics of manufactured

sensors due to the adhesive properties of the polymer layer with the substrate, a layer of a reagent with epoxy groups is deposited on the surface of the substrate before corona discharge, and the electrodes are placed on top of the formed layer of a moisture-sensitive substance.